Обычный летний полдень…
Вы ощущаете палящее солнце над головой, превращающее воздух в удушающее одеяло. Асфальт рядом шипит от жары, и вы почти воображаете, что на нём можно поджарить яйцо за секунды. Смотря на траву, вы видите, как лето сказывается на зелёных стеблях: одни теряют цвет, другие — засохли. Цикады неистово стрекочут. Капли пота быстро выступают на лбу и руках. Из-за влажности долго находиться на улице становится невозможно. Это типичный июльский день, который кажется вечным. Пока всё не меняется.
Облака стремительно собираются на горизонте, поглощая когда-то ослепительное солнце. На мгновение воздух будто замирает. Цикады становятся тише. Где-то далеко гремит гром. Ветер меняется. Он становится прохладнее и несёт с собой пыль.
Вдруг вы чувствуете, как что-то касается вашей кожи. Сначала это всего лишь пара капель, но их количество постепенно растёт. Вы смотрите вниз и видите, как капли дождя разбиваются о землю и асфальт. Сухая почва жадно впитывает крошечное количество влаги. И вот, словно из ниоткуда, ваш нос улавливает новый запах — сильный, землистый, чистый и даже «электрический». Он словно окутывает вас — запах дождя.
Вы уже чувствовали его раньше. Но что именно вы ощущаете? Как простые капли дождя могут пахнуть так сильно? И почему летняя жара усиливает этот аромат?
Ответ кроется в химии. Давайте разберёмся!
Что это за запах?
Этот характерный землистый запах, который вы чувствуете после лёгкого дождя, называется петрикор. Этот термин был введён в 1964 году Изабель Джой Бэр и Ричардом Гренфеллом Томасом от древнегреческих слов «камень» (πέτρα) и «божественная кровь» (ἰχώρ), что можно вольно перевести как «эссенция камня». Для многих петрикор пахнет землисто, мускусно, но при этом свежо, чисто и влажно. Если спросить людей, что они чувствуют, улавливая этот аромат, многие скажут, что он вызывает у них чувство спокойствия, счастья и даже прилив энергии. Для некоторых петрикор тесно связан с воспоминаниями о лете. Один вдох возвращает ностальгические воспоминания о давно прошедших летних днях и о дождливом детстве.
Однако петрикор — это не запах дождевой воды. На самом деле это смесь различных компонентов, находящихся в почве или на поверхностях, которые вместе создают уникальный аромат. Дождевая вода — лишь транспорт для этой смеси. Существует три основных компонента петрикора, плюс четвёртый, который появляется в зависимости от погоды:
- Растительные масла — выделения растений и продукты их распада, которые накапливаются чаще всего в сухие периоды.
- Геосмин — спирт, создаваемый определёнными бактериями в почве, который главным образом отвечает за землистые ноты петрикора.
- Аэрозоли — крошечные частицы твёрдых или жидких веществ, взвешенные в воздухе.
- Озон (иногда) — форма элементарного кислорода, которая образуется, когда молнии расщепляют молекулы кислорода (O₂) в воздухе.
Вместе эти компоненты создают аромат, который мы ощущаем после дождя. Точный состав и общий запах зависят от местной растительности, почвы и погоды.
Как растения помогают создать запах дождя
Образование петрикора начинается с растений и защитных соединений, которые они выделяют в окружающую среду. В периоды засухи растения вырабатывают различные органические соединения, известные как летучие растительные масла (volatile plant oils, VPOs). Эти масла накапливаются на растениях и вокруг них по мере того, как сохраняется сухая погода. Известны тысячи VPOs, но наиболее распространённые — это жирные кислоты, терпены и терпеноидами.
- Жирные кислоты — строительные блоки жиров, липидов и масел.
- Терпены — углеводородные строительные блоки многих эфирных масел, вырабатываемых растениями.
- Терпеноидами — производные терпенов, используемые растениями для защиты, окраски, запаха и вкуса. Они часто содержат атомы кислорода и распространены в ароматных растениях.
Растения производят эти соединения, чтобы сохранять влагу во время засухи. Выделяя VPOs на листья, стебли и в окружающую почву, растения уменьшают или полностью предотвращают избыточную потерю воды. VPOs также могут препятствовать прорастанию семян в почве во время засухи и защищать растения от болезней или травоядных.
Геосмин: источник всей землистости
Геосмин — это органическая молекула, производимая в почве некоторыми видами бактерий, такими как актинобактерии и цианобактерии. Если вы когда-либо чувствовали запах свежевспаханного огорода — значит, вы уже знаете запах геосмина! Вне почвы геосмин также вырабатывается некоторыми водорослями в пресной воде. При массовой гибели водорослей большое количество геосмина может попасть в воду, делая её вкус неприятным для некоторых людей. Эта молекула также отвечает за землистый вкус свёклы.
Человеческий нос чрезвычайно чувствителен к геосмину: мы можем почувствовать его при концентрации всего 0,4 частей на миллиард (ppb) или даже ниже! Иными словами, человек может почувствовать менее 1 микрограмма (μg) геосмина на литр воздуха или воды. Биологи предполагают, что эта экстремальная чувствительность не случайна и развилась, чтобы помочь нашим предкам находить пригодную питьевую воду. Другие живые существа тоже чувствительны к геосмину: например, некоторые виды морских рыб используют геосмин, чтобы мигрировать из океана в эстуарии и реки. Геосмин также частично отвечает за запах и вкус пресноводной рыбы.
С химической точки зрения геосмин — это спирт, так как содержит гидроксильную группу (-OH). Основа молекулы состоит из двух кольцевых структур. Геосмин полностью нетоксичен для человека и разлагается при контакте с кислотой. Кулинары используют это свойство, добавляя сок цитрусовых или уксус к пресноводной рыбе — низкий pH помогает разрушить часть или весь геосмин в рыбе.
Но как геосмин и упомянутые ранее соединения попадают в наш нос? В этом помогает дождь.
Как дождевые капли выпускают петрикор в воздух
Петрикор часто выделяется в воздух, когда капли дождя ударяются о почву, асфальт или каменные дорожки. Вода устремляется в маленькие поры, захватывая воздух в крошечные пузырьки, которые поднимаются на поверхность. Там они быстро лопаются и высвобождают аэрозоли и химические вещества, которые до этого спокойно лежали на поверхности. Именно отсюда берётся характерный запах сразу после начала дождя. Известно, что определённые типы почв, такие как глинистые или песчаные, создают более сильный запах.
Медленные капли дождя образуют больше аэрозолей, и люди чаще замечают петрикор после слабого или умеренного дождя. При сильном дожде или ливнях компоненты петрикора не успевают подняться в воздух — вместо этого они остаются в воде на земле или даже смываются.
Почему летний дождь пахнет сильнее
Многие люди ассоциируют запах петрикора именно с летом — и на это есть веская причина. Это напрямую связано с тем, почему запах травы тоже напоминает о лете! Как уже говорилось, растения выделяют больше летучих органических масел во время сильной жары. Однако высокая температура и интенсивное солнечное излучение облегчают их реакцию и образование новых соединений, таких как альдегиды, кетоны и органические кислоты. Со временем многие VPOs распадаются на более простые молекулы, которые тоже могут иметь свои уникальные ароматы. Точный состав и аромат зависят от видов растений, растущих в конкретном месте.
Летняя жара также увеличивает производство геосмина почвенными бактериями, особенно если почва была влажной. Этот геосмин накапливается на поверхности, пока его не выпустят дождевые капли. В холодные месяцы года производство геосмина снижается или вовсе прекращается.
Озон: резкий запах грозы
Один компонент, который не всегда связывают с петрикором, — это озон (O₃). Озон — реактивная форма элементарного кислорода, которая обычно находится высоко в атмосфере (знаменитый озоновый слой). Там он поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца, защищая живые организмы на поверхности Земли. Однако озон может образовываться и ближе к поверхности.
Летние грозы часто становятся источником озона у земной поверхности. Атмосфера содержит примерно 20% кислорода в виде молекул O₂. Эти молекулы могут быть расщеплены молниями, образуя отдельные атомы кислорода, которые крайне реактивны. Эти атомы затем соединяются с другими молекулами O₂ и образуют молекулы озона. Хотя не все чувствительны к запаху озона, многие описывают его как чистый, электрический и даже металлический.[13] Поэтому некоторые люди говорят, что во время грозы они «чуют молнию». Озон можно почувствовать и вдали от грозы, так как он часто переносится сильными нисходящими потоками воздуха.
Озон — это газ, состоящий из трёх атомов кислорода:
Он обладает резким запахом, похожим на запах хлорного отбеливателя, и легко вступает в реакцию с органическими материалами, такими как латекс, пластик и живые ткани. Озон может образовываться во время гроз, когда молния расщепляет молекулы кислорода в воздухе:
Во время сильных гроз может вырабатываться достаточное количество озона, чтобы ощущать запах. Однако при более высоких концентрациях озон может быть вредным загрязнителем. Он может образовываться над городскими территориями при реакции различных оксидов азота и органических соединений под воздействием солнечного света и тепла. Это может быть одной из основных причин ухудшения качества воздуха в летние месяцы.
Почему запах дождя вызывает ностальгию
Запах петрикора ощущается не только людьми в дождливый день. Для многих аромат петрикора вызывает чувство умиротворения и ностальгии.
При вдыхании петрикора его компоненты вступают в реакцию со специальными рецепторами в носу, рту и горле. Это взаимодействие создаёт нервный сигнал, который поступает в обонятельную луковицу – своего рода предварительную ретрансляционную станцию для обонятельных сигналов в мозге.[ 16 ] Оттуда сигналы напрямую связаны с центрами обработки эмоций и памяти. Сигналы от других органов чувств, таких как осязание или зрение, следуют к мозгу другим путём. Другими словами, обоняние часто тесно связано с воспоминаниями, поскольку нос имеет прямой путь к местам хранения воспоминаний!
Подобно запаху скошенной травы, петрикор может вызывать ностальгию по лету, детству, приключениям на природе и жарким дням, которые ненадолго прерывались прохладными ливнями. Для многих эта ассоциация положительная, хотя может быть и отрицательной в зависимости от того, как человек относится к дождю или грозе. Производители парфюмерии и одеколонов пытались извлечь выгоду из этих ассоциаций, выпуская многочисленные продукты, такие как Demeter's Rain и Miller Harris's La Pluie .
Можно также обнаружить ассоциации между воспоминаниями и другими ароматами. Например, вдыхание корицы, имбиря и мускатного ореха заставляет многих сразу же думать об осени и приближающихся праздниках. Аромат цветов вызывает у некоторых яркие воспоминания о детстве или бывших возлюбленных.[ 17 ] Сила духов, одеколонов, ароматических свечей, восковых расплавов и попурри коренится в этой связи между запахом и памятью.
Химия, лежащая в основе летнего волшебства
Дождь, кажется, прекратился почти так же быстро, как и начался. Тучи, когда-то такие зловещие и тёмные вдали, начинают рассеиваться, пропуская лучи предвечернего солнца. Влажные пятна на земле блестят на солнце. С возвращением солнечного тепла дождевая вода превращается в пар и, казалось бы, исчезает. Этот характерный землистый запах исчезает вместе с ним. Аромат, возможно, и исчезает, но воспоминания о нём живут гораздо дольше.
Лето — это время года, наполненное особым волшебством. Часть летнего волшебства — это химия, происходящая за кулисами. В следующий раз, когда жарким летним днём прольётся дождь, дайте себе возможность насладиться им. Насладитесь его ароматом и приятной ностальгией по давно ушедшему лету.Это напоминание о том, что даже самые простые моменты могут быть сформированы с помощью науки и химии.